什麼是硬度？
傳統上，水質總硬度GH (general hardness，或稱total hardness)表示水使肥皂產生沉澱的能力。
而引起沉澱的主要是鈣、鎂離子，因此硬度實際上是對水中鈣、鎂離子的定量描述。
有些研究指出其他離子也會影響硬度，例如：鐵、鋅、錳。
不過一般水源最主要的硬度來源是鈣、鎂離子，所以在調配水質時我們只討論這兩種離子與硬度的關係。
以下簡單介紹常見的硬度指標，比較方便與咖啡同好交流：
mmol/L
1mol代表6.02×10²³個基本粒子
mmol/L指「一公升水溶液中含有6.02×10²⁰個基本粒子」
假設水中Ca²⁺有0.5 mmol/L、Mg²⁺有1 mmol/L，兩種離子個數相加即是硬度，我們可以說這個水的硬度是1.5 mmol/L
碳酸鈣當量表示法
在描述硬度時，由於鈣、鎂離子的濃度是2個不同變量，如果可以整合成1個指標來表示硬度比較方便。
我們可以把鈣、鎂離子換成以碳酸鈣做為基準：
1 ppm Ca²⁺水溶液中Ca²⁺的離子個數 = 2.497 ppm 碳酸鈣水溶液中Ca²⁺的離子個數
1 ppm Mg²⁺水溶液中Mg²⁺的離子個數 = 4.118 ppm 碳酸鈣水溶液中Ca²⁺的離子個數
簡寫成：
Ca²⁺濃度 1 ppm = 2.497 ppm CaCO₃
Mg²⁺濃度 1 ppm = 4.118 ppm CaCO₃
計算時Ca²⁺濃度×2.497 + Mg²⁺濃度×4.118 = 總硬度(as CaCO₃)
小時候看到科普文章介紹水硬度，鈣跟鎂要乘以不同係數才能加在一起
是因為鎂比較強嗎？係數是怎麼決定的？
開始玩咖啡之後才搞懂背後原因，原來是以離子個數為基準，鎂比鈣輕，所以同質量鎂離子的確比較「硬」。
德式硬度(°d)
德式硬度將鈣、鎂離子換成以氧化鈣做為基準
1 ppm Ca²⁺水溶液中Ca²⁺的離子個數 = 1.399 ppm 氧化鈣溶於水中Ca²⁺的離子個數
1 ppm Mg²⁺水溶液中Mg²⁺的離子個數 = 2.307 ppm 氧化鈣溶於水中Ca²⁺的離子個數
1°d = 10ppm CaO
Ca²⁺濃度 1 ppm = 0.1399 °d
Mg²⁺濃度 1 ppm = 0.2307 °d
硬度單位換算表
Mg原子量：24.3050 g/mol
Ca原子量：40.078 g/mol
CaCO₃分子量：100.0869 g/mol
CaO分子量：56.0774 g/mol
註1：本表格取4位有效數字，其餘四捨五入。
註2：一般使用時常常將ppm與mg/L劃上等號。
請注意，兩者因次不同，只有在極稀薄水溶液、且溫度接近3.98°C時兩者數值會幾乎一樣。
此表格視為兩者相同。
至於要怎麼知道Mg²⁺濃度是多少，以及具體配水方法，請參考水哥的文章
例如：50克的無水硫酸鎂 (MgSO₄) ，加500克的純水，Mg²⁺濃度是多少呢？
首先我們知道無水硫酸鎂 (MgSO₄) 分子量120.366g/mol，Mg原子量24.305g/mol，50克的無水硫酸鎂中有10.096g的Mg²⁺
加500克的純水，Mg²⁺濃度 = 10.096 ÷ (500+10.096) = 19.792% = 19792 ppm
個人牢騷
很多在討論水配方的文章不標單位，或是標不清楚。
認真的人驗算後發現怪怪的，想好久想不懂，最後終於發現是單位引起誤會。
「1公升水裡面每含有1 g MgSO₄濃縮液，可提供1 ppm 的硬度」這種敘述，乍看可能會認為是「提供鎂離子濃度1 ppm」，但算完後發現作者想表達的是「提供鎂離子濃度0.2428 ppm，相當於1 ppm CaCO₃」
硬度是鈣、鎂離子濃度的度量，有非常多不同單位可以表達硬度
不是只有碳酸鈣當量的單位，希望大家在討論交流時寫清楚，以免造成誤會。
以上就是關於水質硬度及單位換算的基本概念
希望大家在嘗試水配方時不要看錯了，以免多走冤枉路。
延伸探討
硬度是Ca²⁺、Mg²⁺濃度分別乘以不同係數後相加，
所以硬度100 ppm CaCO₃ 可能是40.04 ppm的Ca²⁺水溶液，
也可能是24.28 ppm的Mg²⁺水溶液
這兩種離子組成不同、硬度卻一樣的水拿來沖咖啡，
效果會一樣嗎？很令人好奇！
之後有空測試完再跟大家分享
（2021年12月25日更新：實測分享文在這裡）
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